高二化学分子的性质人教实验版知识精讲

高二高二化学化学分子的性质分子的性质人教实验版人教实验版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 分子的性质 1. 键的极性和分子的极性 2. 范德华力及其氢键对物质性质的影响 3. 相似相溶原理 4. 有机分子的手性和无机含氧酸分子的酸性 二. 重点、难点 1. 了解极性共价键和非极性共价键。 2. 结合常见物质分子立体结构，判断极性分子和非极性分子。 3. 了解范德华力、氢键及其对物质性质的影响，能举例说明化学键和分子间作用力的区 别。 4. 从分子结构的角度，认识“相似相溶”规律。 5. 了解“手性分子”在生命科学等方面的应用。 6. 能用分子结构的知识解释无机含氧酸分子的酸性。 三. 教学过程 （一）（一）键的极性和分子的极性键的极性和分子的极性 1、键的极性 按共用电子对是否偏移，共价键分为极性键和非极性键。 （1）非极性共价键（非极性键）：同种非金属元素原子间形成的共价键。 （2）极性共价键（极性键）：不同种非金属元素原子之间形成的共价键。 （3）非极性键和极性键的比较： 极性键非极性键 定义 不同种非金属元素原子之间形成的共价键同种非金属元素原子间 形成的共价键 成键原子不同相同 共用电子对 发生偏移，偏向吸引电子能力强的原子一 方 不发生偏移，不偏向任 何一个原子 原子电性一个呈 ，另一个呈 不显电性 键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的。 当成键原子的电负性相同时，核间的电子云密集区域在两核的中间位置，两个原子核 正电荷所形成的正电荷重心和成键电子对的负电荷重心恰好重合，这样的共价键称为非极性 共价键。如 H2、O2分子。 当成键原子的电负性不同时，核间的电子云密集区域偏向电负性较大的原子一端，使 之带部分负电荷，而电负性较小的原子一端则带部分正电荷，键的正电荷重心与负电荷重心 不重合，这样的共价键称为极性共价键。如 HCl 分子。 成键原子的电负性差值愈大，键的极性就愈大。 2、分子的极性 （1）非极性分子：分子结构对称，整个分子内正负电荷重心重合的分子叫做非极性分 子。 （2）极性分子：分子结构不对称、分子内正负电荷重心不重合的分子。如：极性键构 成的双原子化合物分子、结构不对称的多原子分子。 （3）键的极性和分子的极性的比较：研究对象不同，键的极性研究的是原子，而分子 的极性研究的是分子本身；研究的方向不同，键的极性研究的是共用电子对的偏离与偏向， 而分子的极性研究的是分子中电荷分布是否均匀。 分子键的极性分子构型分子极性 H2 、Cl2、N2、I2非极性键直线型非极性分子 双核 HCl、HF、CO极性键直线型极性分子 CO2、CS2 极性键直线型非极性分子 三核 H2O、OF2、SO2 极性键V 型极性分子 BF3、BCl3极性键平面三角形非极性分子 四核 NH3、NCl3、PCl3 极性键三角锥形极性分子 CH4、CCl4 极性键正四面体非极性分子 五核 CH3F 极性键四面体极性分子 以极性键结合成的双原子分子是极性分子。如 HCl、HF、HBr。 以非极性键结合成的双原子分子或多原子分子是非极性分子。如 O2、H2、P4、C60。 以极性键结合的多原子分子，若分子中各键向量和为零，空间结构对称则是非极性 分子，如 CO2、BF3、CCl4；若分子中各键向量和不为零，空间结构不对称则是极性分子， 如 HCl、NH3、H2O。 在多原子分子中，中心原子上价电子都用于形成共价键，而周围的原子是相同的原 子，一般是非极性分子。 （4）判断 ABn型分子极性的经验规则： 空间结构法：空间结构对称为非极性分子，不对称为极性分子。如： AB 型：直线型分子，一定为极性分子。 AB型：字型，极性分子；直线型，非极性分子。 AB型：三角锥型，极性分子；平面三角型，非极性分子。 AB型：四面体型，非极性分子。 价电子法：价电子全部成键为非极性分子，未全部成键为极性分子。如： 若中心原子 A 的化合价数值等于 A 原子的最外层电子数（即 A 元素的主族数） ，则 ABn 或 Bn A 型分子的结构对称，分子为非极性分子。如： BH3、BF3、CH4、CCl4、CO2、CS2、PCl5、SF6、SO3等等。若中心原子 A 的化合价数值不等于 A 原子的最外层电子数（即 A 元素的主族数） ，则 ABn或 Bn A 型分子的结构不对称，分子为 极性分子。如：H2O、SO2、NH3、OF2等等。 （二）范德华力及其氢键对物质性质的影响（二）范德华力及其氢键对物质性质的影响 1、范德华力 （1）概念：范德华力是存在于分子之间的一种比化学键弱的相互作用。其本质是弱的 静电引力。 范德华力广泛存在于分子之间，只有分子充分接近时才能体现，如固态和液态物质 中。 范德华力作用很弱，约比化学键键能小 12 数量级。如范德华力一般为 220 kJmol1，化学键键能一般为 100600 kJmol1。 由分子构成的物质，其熔点、沸点、溶解度等物理性质主要由分子间作用力的大小 决定。 范德华力无方向性和饱和性。 （2）影响范德华力的因素：分子的大小，分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均 等。 对于组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大。如： I2 Br2 Cl2 F2 ；HI HBr HCl ； Ar Ne He 分子量相近时，一般分子的空间构型越对称，极性越小，分子间作用力越小。 （3）范德华力与物质性质的关系： 范德华力越大，物质的熔、沸点越高：组成和结构相似的物质（如同系列物质、卤 素单质、四卤化碳、稀有气体等）的熔、沸点一般随着分子量的增大而升高；当相对分子 质量相同或相近时，极性分子化合物的熔、沸点比非极性分子高，如 CO 沸点（192） 高于 N2 沸点（196） 。 范德华力越小，分子晶体硬度越小。 范德华力对物质的溶解度有影响。 2、氢键 （1）氢键的定义：氢键是一种特殊的分子间作用力，它是由已经与电负性很强的原子 形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很强的原子之间的作用力。氢键不属于化学键， 是介于范德华力和化学键之间的一种较弱的作用力。一般表示为 XHY（其 中 X、Y 为 F、O、N） 。 （2）氢键产生的条件： 要有一个与电负性很大的元素 X 以共价键结合的氢原子； 还要有一个电负性很大且含有孤电子对的原子 Y； X 与 Y 的原子半径要小，这样 X 原子的电子云才不会把 Y 原子排斥开。 （3）氢键的特点： 氢键比化学键弱但是比分子间作用力强； 氢键的强弱与 X、Y 原子的电负性和半径有关。X、Y 原子的电负性大，半径小则形 成的氢键强。氢键强弱次序为：FHFOHOOHNNHN，C 原子吸引电子 能力较弱，一般不形成氢键； 氢键具有方向性和饱和性（对大多数而言） 。氢键的方向性是指 Y 原子与 XH 形成 氢键时，将尽可能使氢键与 XH 键轴在同一方向，即 XHY 三个原子在同一直线上。这 样，X 与 Y 之间距离最远，两原子电子云之间排斥力最小，所形成的氢键最强，体系更稳 定。氢键的饱和性是指每一个 XH 只能与一个 Y 原子形成氢键。 （4）氢键的本质：氢键是一种较强的具有方向性的静电引力。 （5）氢键的存在： 分子间氢键：由两个或两个以上分子形成的氢键。分子间存在氢键时，大大地影响 了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高。氢键不仅存在于同种分子之间，也存在 于不同的分子之间。 分子内 氢键：同一分子内原子团之间形成的氢键，多见于有机化合物。如苯酚邻位上有CHO、 COOH、OH、NO2时，可形成分子内的氢键，组成“螯合环”的特殊结构。分子内氢键不 在一条直线上。分子内形成氢键时常使其熔沸点低于同类化合物。 （6）氢键对化合物性质的影响： 分子间形成氢键时，可使化合物的熔、沸点显著升高。 在极性溶剂中，若溶质分子和溶剂分子间能形成氢键，则可使溶解度增大。 分子内氢键的形成，使分子具有环状闭合的结构。一般会使物质的熔沸点下降，在 极性溶剂中的溶解度降低。 （三）相似相溶原理（三）相似相溶原理 1. 影响物质溶解性的因素： （1）影响固体溶解度的主要因素是溶质、溶剂和温度。 不同的物质在同一溶剂中的溶解性不同，如根据物质在水中溶解度的大小把物质分 为易溶性物质、可溶性物质、难溶性物质和微溶性物质。溶解度与溶解性的关系：（室温 20） 溶解性的分类易溶可溶微溶难溶 溶解度10g110g10.01g0.01g 同一种物质在不同溶剂中的溶解性不同，如溴、碘微溶于水易溶于有机溶剂。 同一种物质在同种溶剂中的溶解性与温度有关，一般情况下温度越高，物质在水中 的溶解度越大，少数物质的溶解度受温度的影响不大，如 NaCl，极少数物质的溶解度随温 度的升高而减小，如 Ca（OH）2。 （2）影响气体溶解度的主要因素是温度和压强。气体的溶解度随温度的升高而减小， 随压强的增大而增大。 2. 相似相溶规律： （1）相似相溶规律的内容：当物质溶解在溶剂中时，极性分子易溶于极性溶剂，非极 性分子易溶于非极性溶剂。 （2）相似相溶规律的适用范围：“相似相溶”中“相似”指的是分子的极性相似。 如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。相反，无氢 键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较小。 “相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如低级羧酸甲酸、乙酸等可以与水以 任意比例互溶，而高级脂肪酸如硬脂酸、软脂酸和油酸等不溶于水。 如果溶质与水发生化学反应可增加其溶解度。 （四）有机物分子的手性和无机含氧酸分子的酸性（四）有机物分子的手性和无机含氧酸分子的酸性 1. 有机物分子的手性 （1）手性异构：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互 为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体（又称对映异构体、光学异构体） 。含 有手性异构体的分子叫做手性分子。 （2）手性异构的判断方法：判断一种有机物是否具有手性异构体，可以看其含有的碳 原子是否连有四个不同的原子或原子团，符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子。手性碳 原子必须是饱和碳原子，饱和碳原子所连有的原子和原子团必须不同。如 中的 C*就是手性碳原子 CH3C * C2H5 2. 无机含氧酸分子的酸性 （1）对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。 （2）含氧酸的强度随着分子中连接在中心原子上的非羟基氧的个数增大而增大，即 （HO）mROn中，n值越大，酸性越强。 （3）同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性比较，根据非金属性强弱去比较。 同一主族，自上而下，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐减弱； 同一周期，从左向右，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐增强。 【典型例题讲评典型例题讲评】 例 1. 下列的叙述中不正确的是（ ） A. 卤化氢分子中，卤素的非金属性越强，共价键的极性越强，稳定性也越强 B. 以极性键结合的分子，一定是极性分子 C. 判断 A2B 或 AB2型分子是否是极性分子的依据是，具有极性键且分子构型不对称、 键角小于 180的非直线型结构 D. 非极性分子中，各原子间都应以非极性键结合 分析：分析：对比 HF、HCl、HBr、HI 分子中 HX 极性键强弱，卤素中非金属性越强、键的 极性越强是对的。以极性键结合的双原子分子，一定是极性分子，但以极性键结合成的多 原子分子，也可能是非极性分子。如 CO2分子中，两个 CO 键（极性键）是对称排列的， 两键的极性互相抵消，所以 CO2是非极性分子。A2B 型如 H2O、H2S 等，AB2型如 CO2、CS2等， 判断其是否是极性分子的根据是必有极性键且电荷分布不对称。CO2、CS2为直线型，键角 180，电荷分布对称为非极性分子。多原子分子，其电荷分布对称，这样的非极性分子中 可以含有极性键。答案：B、D 例 2. 下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的一组是 A. CH4和 Br2B. NH3和 H2O C. H2S 和 CCl4D. CO2和 HCl 分析：分析：若从整个分子看，分子里电荷分布是对称的，则这样的分子为非极性分子。若 整个分子的电荷分布不对称，则这样的分子为极性分子。所以分子的极性与构成的化学键 及分子空间构型都有关系，如上述 NH3中 NH 为极性键，而分子构型为三角锥型， 为不对称排列；H2O 中 HO 也为极性键，分子构型为为不对称排列，所以 它们都是由极性键构成的极性分子。答案：B 例 3. 下列关于氢键的说法中正确的是（ ） A. 每个水分子内含有两个氢键 B. 在所有的水蒸气、水、冰中都含有氢键 C. 分子间能形成氢键，使物质的熔沸点升高 D. HF 稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键 分析：分析：每个水分子中两个氢原子形成 2 个氢键，一个氧原子形成 2 个氢键，所以每个水 分子周围有 4 个水分子，A 错误。氢键只存在于固态和液态物质中，水蒸汽中不存在氢键， 所以 B 错误。分子间能形成氢键，一般是物质的熔沸点升高，溶解性增大，C 正确。HF 稳 定性很强，是由于 HF 键极性较强，HF 分子间能形成氢键与稳定性无关，但影响 HF 分子 的熔沸点和在水中的溶解性，D 错误。答案：C 例 4. 下列物质中不存在手性异构体的是 。 A. BrCHOHOH B. CH2CH2C2H5CCHCH2 C. CHOHCOOH D. CO CH3CH3CH2CH3 分析：分析：判断一种有机物是否具有手性异构体，可以看其含有的碳原子是否连有四个不 同的原子或原子团，符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子。手性碳原子必须是饱和碳原 子，饱和碳原子所连有的原子和原子团必须不同。A 中，2 号碳原子 是饱和碳原子，且连有 Br、H、OH、OH 四个不同原子或原子团，所以存在手性异构 CH2CH2 体。B 中，带圈的碳原子是饱和碳原子，且连有 C2H5、OH、CH CH2 、COOH 四个不同原子团，所以存在手性异构体。C 中，2 号碳原子是饱 CH2 和碳原子，且连有、H、OH、COOH 四个不同原子团，所以存在手性异构体。D 中饱和碳 CH3 原子没有一个原子符合连有四个不同原子团的条件，所以不存在手性异构体。答案 D。 例 5. 根据“相似相溶”规律，你认为下列物质在水中溶解度较大的是（ ） A. 乙烯 B. 二氧化碳 C. 二氧化硫 D. 氢气 分析：分析：由于水为极性分子，依据当物质溶解在溶剂中时，极性分子易溶于极性溶剂， 非极性分子易溶于非极性溶剂的“相似相溶”规律，在水中溶解度较大的分子一定是极性 分子，乙烯、二氧化碳、氢气是非极性分子，二氧化硫是极性分子，所以二氧化硫在水中 溶解度较大。答案：C 例 6. 有四种同族物质，它们的沸点（/，P1.01105Pa） He 268.8 Ne 249.5 Ar （X） Kr 151.7 F2 187.0 Cl2 33.6 （a） 58.7 I2 184.0 HF （Y） HCl 84.0 HBr 67.0 HI 35.3 H2O （Z） H2S 60.2 （b） 42.0 H2Te 1.8 问：除极少情况外，上述四种系列中物质的沸点与相对分子质量之间均存在一定的 关系，该关系是（ ） 上表中， 和 两物质的沸点较同系列其他物质反常，反常的主要原因 是（ ） 分析：分析：上表中虽然 Ar 未标出沸点，a、b 未标出化学式，但从每组物质沸点的前后变 化和物质的组成，我们不难确定出规律：随着相对分子质量增大，各物质沸点依次升高。 这是由于每组物质都是分子，为 0 族元素单质，均是单原子分子，为卤族元素的单质， 均是双原子分子，为卤族元素的氢化物，均是双原子分子，为氧族元素的氢化物，均 是三原子分子。影响分子熔沸点的主要因素是范德华力，随着相对分子质量增大，范德华 力依次增大，所以沸点依次增大。由于 HF、H2O 中 F、O 原子的原子半径小、非金属性强， 能够形成氢键，增大分子间的作用力，使得沸点反常。答案：（1）相对分子质量越大，物 质的沸点越高；（2）HF、H2O， HF、H2O 中 F、O 原子的原子半径小、非金属性强，能够形 成氢键，增大分子间的作用力，使得沸点反常。 例 7. 已知含氧酸可用通式 XOm（OH）n来表示，如 X 是 S，则m2，n2，则这个式子 就表示。一般而言，该式中m大的是强酸，m小的是弱酸。下列各含氧酸中酸性最强 H2SO4 的是（ ） A. B. C. D. HClO4H2SeO3H3BO3H3PO4 分析：分析：含氧酸的强度随着分子中连接在中心原子上的非羟基氧的个数增大而增大，即 （HO）mROn中，n值越大，酸性越强。A 中m3，n1；B 中m1，n2；C 中 m0，n3；D 中m1，n3。因为 m 最大的是 A，所以酸性最强的是 A。答案：A 【模拟试题模拟试题】 1. 下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，熔化时所克服的作用力也完全相同的是（ ） A. CO2和 SiO2 B. NaCl 和 HCl C. （NH4）2CO3和 CO（NH2）2 D. NaH 和 KCl 2. 你认为下列说法不正确的是（ ） A. 氢键存在于分子之间，不存在于分子之内 B. 对于组成和结构相似的分子，其范德华力随着相对分子质量的增大而增大 C. NH3极易溶于水而 CH4难溶于水的原因只是 NH3是极性分子，CH4是非极性分子 D. 冰熔化时只破坏分子间作用力 3. 沸腾时只需克服范德华力的液体物质是（ ） A. 水 B. 酒精 C. 溴 D. 水银 4. 下列物质中分子间能形成氢键的是（ ） A. N2 B. HBr C. NH3 D. H2S 5. 下列物质沸点由高到低的是（ ） A. HIHBrHClHF B. H2T H2Se H2S H2O C. NH3 AsH3 PH3 D. CH4 GeH4 SiH4 6. 下列现象中，其原因与氢键存在无关的是（ ） A. 水的熔沸点比较高 B. HBr 的熔沸点比 HCl 高 C. NH3极容易溶于水 D. 邻位羟基苯甲醛的沸点比对位羟基苯甲醛的沸点低 7. 下列物质中不存在氢键的是（ ） A. 冰醋酸中醋酸分子之间 B. 可燃冰（CH48H2O）中甲烷分子与水分子之间 C. 一水合氨分子中氨分子与水分子之间 D. 液态 HF 中氟化氢分子之间 8. 下列分子中，属于含有极性键的非极性分子的一组是 A. CH4、CCl4、CO2 B. C2H4、C2H2、C6H6 C. Cl2、H2、N2 D. NH3、H2O、SO2 9. 近来查明，二氧化三碳（C3O2）是金星大气层的一个组成部分，下列关于二氧化三碳 的说法错误的是 （ ） A.二氧化三碳的电子式为：O O：C C：C C：C C：O O：，它为非极性分子 B. C3O2、CO、CO2都是碳的氧化物 C. C3O2和 CO 一样可以燃烧生成 CO2 D. C3O2和 CO2都是碳酸的酸酐 10. 碘单质在水溶液中溶解度很小，但在 CCl4中溶解度很大，这是因为 （ ） A. CCl4与 I2分子量相差较小，而 H2O 与 I2分子量相差较大 B. CCl4与 I2都是直线型分子，而 H2O 不是直线型分子 C. CCl4和 I2都不含氢元素，而 H2O 中含有氢元素 D. CCl4和 I2都是非极性分子，而 H2O 是极性分子 11. 现已知 O3分子为 V 字形结构，O3在水中的溶解度和 O2比较（ ） A. O3在水中的溶解度和 O2一样 B. O3在水中的溶解度比 O2小 C. O3在水中的溶解度比 O2要大 D. 没办法比较 12. 下列反应过程中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的反应 是 A. CaC2 2H2O Ca（OH）2 C2H2 B. NH3CO2H2ONH4HCO3 C. 2NaOHCl2NaClNaClOH2O D. 2Na2O22CO22Na2CO3O2 13. 根据“相似相溶”规律，你认为下列物质在水中溶解度较大的是（ ） A. 乙烯 B. 二氧化碳 C. 二氧化硫 D. 氢气 14. 下列氯元素含氧酸酸性最强的是（ ） . HClO . .HClO2 . HClO3 . HClO4 15. 下列物质中溶解度最小的是（ ） A. LiF B. NaF C. KF D. CsF 16. X、Y、Z 为三个不同短周期非金属元素的单质。在一定条件下有如下反应： YXA（g） ， YZ B（g） 。请针对以下两种不同情况回答： （1）若常温下 X、Y、Z 均为气体，且 A 和 B 化合生成固体 C 时有白烟产生，则： Y 的化学式是 ；生成固体 C 的化学方程式是 。 （2）若常温下 Y 为固体，X、Z 为气体，A 在空气中充分燃烧可生成 B，则： B 的化学式是 ； 向苛性钠溶液中通入过量的 A，所发生反应的离子方程式 ； 将 Y 与（1）中某单质的水溶液充分反应可生成两种强酸，该反应的化学方程式是 。 17. 短周期的三种元素 X、Y、Z，原子序数依次变小，原子核外电子层数之和是 5。X 元素原子最外电子层上的电子数是 Y 和 Z 两元素原子最外电子层上的电子数的总和；Y 元素原子的最外电子层上的电子数是它的电子层数的 2 倍，X 和 Z 可以形成 XZ3的化合 物。请回答：（1）X 元素的名称是 ；Y 元素的名称是 ； Z 元素的名称是： 。 （2）XZ3化合物的分子式是 ，电子式是 。 （3）分别写出 X、Y 的含氧酸的分子式 、 。 18. W、X、Y、Z 四种短周期元素的原子序数 XWZY。W 原子的最外层没有 p 电子， X 原子核外 s 电子与 p 电子数之比为 1：1，Y 原子最外层 s 电子与 p 电子数之比为 1：1，Z 原子核外电子中 p 电子数比 Y 原子多 2 个。则： （1）四种元素原子半径大小依次为： 。 （2）W、X 元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱为 。 （用分子式表示） 19. 1994 年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧作出特殊贡献的化学家。能吸收有害紫 外线，保护人类赖以生存的空间。分子的结构如图，呈 V 型，键角 116. 5。三个原 子以一个 O 原子为中心，与另外两个 O 原子分别构成一个非极性共价键；中间 O 原子提供 2 个电子，旁边两个 O 原子各提供 1 个电子，构成一个特殊的化学键三个 O 原子均等 地享有这 4 个电子。请回答： （1）臭氧与氧气的关系是_。 （2）选出下列分子与分子的结构最相似的是 。 A. HO B. CO C. SO D. BeCl （3）分子中某原子有 1 对没有跟其他原子共用的价电子，则该对电子叫孤对电子，那 么分子有_对孤对电子。 20. 判断含氧